CN206479663U - 背光模组及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种背光模组和显示装置。一种背光模组，包括：导光板；设置在邻近所述导光板的光入射侧的光源；以及设置在所述导光板和所述光源之间的聚光元件，用于使从所述光源的入射到所述导光板的与所述导光板的出光面相对的表面上的光在所述表面处满足全反射条件。根据本公开的实施例提供的背光模组，可以提高出射光的均匀性。

Description

背光模组及显示装置
技术领域
本公开的实施例涉及显示技术领域，更具体地，涉及一种背光模组及显示装置。
背景技术
液晶显示装置是一种主要的平板显示装置。因其具有体积小、功耗低、无辐射以及制作成本相对较低等特点，而越来越多地应用于高性能显示领域当中。对于液晶显示装置来说，由于液晶本身不发光，因此需要在液晶显示面板的背侧设置发光单元，例如背光模组，才能实现液晶显示装置的显示功能。背光模组的作用在于为显示面板提供亮度高且显示均匀的面光源，以使显示面板能够正常显示影像。
实用新型内容
本公开的实施例提供了一种背光模组及显示装置，其能够提高光能的利用率。
在本公开的一个方面，提供一种背光模组，包括：导光板；设置在邻近所述导光板的光入射侧的光源；以及设置在所述导光板和所述光源之间的聚光元件，用于使从所述光源的入射到所述导光板的与所述导光板的出光面相对的表面上的光在所述表面处满足全反射条件。
在一个或多个实施例中，所述聚光元件设置在所述导光板的所述光入射侧的表面上。
在一个或多个实施例中，所述聚光元件和所述导光板由相同材料形成。
在一个或多个实施例中，所述聚光元件和所述导光板包括玻璃材料或树脂材料。
在一个或多个实施例中，所述聚光元件包括聚光棱镜、聚光透镜或其组合。
在一个或多个实施例中，所述聚光元件包括半球形凸透镜。
在一个或多个实施例中，所述半球形凸透镜的最大半径r根据以下等式计算：
d+r·(1-cosθ)＝r·sinθ/tan(α/2)
其中，所述光源设置在所述半球形凸透镜的对称轴上，且所述半球形凸透镜和所述导光板的折射率相同；d为所述光源与所述半球形凸透镜的最靠近所述光源的点之间的距离；θ为在所述光源发出的光的边缘光线与所述半球形凸透镜的半球形表面的交点处所述半球形凸透镜的法线与所述对称轴的夹角，其通过以下等式计算：
n2sin(α/2+θ)＝n1sin(90°-arcsin(n3/n1)+θ)；
其中，n1为所述导光板和所述半球形凸透镜的折射率；n2为环境气体的折射率；n3为与所述导光板的出光面相对一侧接触的介质的折射率；α为所述光源的发光角度。
在一个或多个实施例中，所述聚光元件包括等腰三棱镜。
在一个或多个实施例中，所述等腰三棱镜具有根据以下等式计算的最小底角β：
n2sin(α/2+β)＝n1sin(90°-arcsin(n3/n1)+β)
其中，所述光源设置在所述等腰三棱镜的对称轴上，且所述等腰三棱镜和所述导光板的折射率相同；n1为所述导光板和所述等腰三棱镜的折射率；n2为环境气体的折射率；n3为与所述导光板的出光面相对一侧接触的介质的折射率；α为所述光源的发光角度。
在一个或多个实施例中，所述光源包括LED，其发光角度具有110°至120°的范围。
在一个或多个实施例中，所述导光板和所述聚光元件的折射率具有1.45至1.60的范围。
在一个或多个实施例中，所述光源与所述聚光元件之间的距离位于0.1mm至0.3mm之间。
在一个或多个实施例中，还包括设置在所述导光板的与所述导光板的出光面相对的表面上的反射元件和用于将所述反射元件粘合到所述导光板上的粘合层。
在一个或多个实施例中，所述粘合层的折射率具有大于1并且小于或等于1.35的范围。
在本公开的另一个方面，提供一种显示装置，包括本文描述的实施例中的任一种背光模组以及显示面板。
在本公开的实施例中，聚光元件可以将光源发出的光进行适当会聚，以减少光束的扩散角度，从而至少增大光到导光板的下表面的入射角度。这至少使得入射到导光板的下表面的光更容易在下表面发生全反射，因此可以使更多的光经由全反射传播到导光板的远光侧，使得光在导光板板内传播的过程中相对均匀地从导光板的出光面射出，而不是较多地从导光板的光入射侧附近射出，从而提高从导光板的出光点出射的光的均匀性。
适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面或实施例可以单独或者与一个或多个其他方面或实施例组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。
附图说明
本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：
图1示出一种背光模组的结构示意图；
图2示出在本公开的实施例中的背光模组的结构示意图；
图3示出在本公开的实施例中在聚光元件为半球形凸透镜的情况下背光模组的各部件的几何参数的示意性表示；
图4示出在本公开的实施例中在聚光元件为等腰三棱镜的情况下背光模组的各组件的几何参数的示意性表示。
贯穿这些附图的各个视图，相应的参考编号指示相应的部件或特征。
具体实施方式
现将参照附图更全面地描述示例性的实施例。其作为本公开的示例性示例而提供，以使得本领域技术人员能够实现本公开。值得注意的是，以下附图和示例并不意味着限制本公开的范围。在使用已知的组件可以部分或全部实现本公开的特定元件的情况下，将仅描述对理解本公开所需要的这种已知组件的那些部分，并且这种已知组件的其它部分的详细描述将被省略以便不会混淆本公开。进一步地，各种实施例通过说明的方式包含与在此涉及的组件等同的现在和未来已知的等同物。
在本公开的描述中，术语“上”、“之上”、“下”、“之下”、“之间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在该另一元件或层上，或者可以存在中间的元件或层；同样，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在该另一元件或层下，或者可以存在至少一个中间的元件或层；当元件或层被称为在两元件或两层“之间”时，其可以为该两元件或两层之间的唯一的元件或层，或者可以存在一个以上的中间元件或层。
除非上下文中另外明确地指出，否则当介绍本申请的元素及其实施例时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或者多个要素；除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；用语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”旨在包括性的并且表示可以存在除所列要素之外的另外的要素。
图1示出一种背光模组的结构示意图。如图1所示，背光模组可以包括导光板101；以及设置在导光板101的一个光入射侧附近的光源102。由光源发出的至少一部分光从导光板的光入射侧进入导光板，并由导光板引导到导光板的各个出光点，以便光从导光板的出光点射出并被位于导光板上方的显示面板利用。
通常，人们期望进入导光板的光能够从导光板的出光面上的出光点均匀地射出，以便均匀地照射显示面板。然而，在图1所示出的背光模组用于液晶显示装置时，发现在靠近导光板的光入射侧的亮度较高，而在导光板的远离光入射侧的一侧(远光侧)的亮度较低，即，存在亮度不均匀的问题。产生这种问题的一个原因是：市场上可得的用于照射导光板的光源通常具有较大的发光角度，使得从光源进入导光板的光束的边缘部分1在导光板的下表面或上表面处具有较小的入射角(小于全反射临界角)，因此许多不期望的光在导光板的光入射侧附近通过折射从导光板的上表面和/或下表面射出，而只有很少部分的光能够通过全反射传播到导光板的远光侧，因此会出现光入射侧附近亮度较高，而远光侧亮度较低的现象。
所公开的内容是一种背光模组，其包括导光板；设置在邻近导光板的光入射侧的光源；以及设置在导光板和光源之间的聚光元件，以使来自光源的入射到导光板的与导光板的出光面相对的表面上的光在该表面处满足全反射条件。
可以理解，导光板的出光面是指光从导光板射出以供显示面板所利用的表面。为了使得光能够从导光板的出光面射出，通常在导光板的出光面上设置一些出光点，使得在导光板内传播的光在出光点处出射。在本实施例中，为了方便起见，在本文中可以将导光板的出光面表述为导光板的上表面，而将与出光面向对的表面表述为导光板的下表面。
在本公开的实施例中，聚光元件可以将光源发出的光进行适当会聚，以减少光束的扩散角度，从而增大光到导光板的下表面的入射角度。这使得入射到导光板的下表面的光更容易在下表面发生全反射，因此可以使更多的光经由全反射传播到导光板的远光侧，从而提高从导光板的出光点出射的光的均匀性。
可以理解，由于光源发出的是发散光束，从光源经由聚光元件射向导光板的光中的一部分也会射向导光板的上表面。射向上表面的光也可以进行全反射。但是，对于射到位于上表面上的出光点的光，其全反射将被破坏，以便从导光板射出。
图2示出在本公开的一些实施例中的背光模组的结构示意图。如图2所示，该背光模组可以包括导光板101；设置在邻近导光板101的光入射侧的光源102；以及设置在导光板101和光源102之间的聚光元件201，以使来自于光源102的入射到导光板101的与导光板101的出光面(在图2中所示的上表面)相对的表面(在图2中所示的下表面)上的光在该表面处满足全反射条件。
在这种配置中，来自光源102的具有较大发散角度的光经过聚光元件会聚后进入导光板，以便以较大的入射角入射到导光板的上表面和/或下表面。因此，进入导光板的光在导光板内一方面经由全反射向远光侧传播，另一方面入射到导光板的出光点的光的一部分通过折射射出导光板，因此可以提高出射光的均匀性。
可以理解，从光源经由聚光元件射向导光板的下表面的光在下表面进行一次全反射后，由于各种因素的影响，不可避免地会存在不再满足全反射条件的光线，这些光线可能会从导光板的下表面射出而不能被显示装置利用，造成光能的浪费。例如，如上所述，导光板上表面的出光点可破坏射到其上的光的全反射条件，其结果是，使得第一部分光通过折射从导光板的上表面射出，第二部分光通过全反射在导光板内继续传播，第三部分光可能以小于全反射临界角的角度射向导光板的下表面并经折射从下表面射出，这将导致该部分光浪费。
在一个实施例中，为了减少光从导光板的下表面出射而造成的浪费，如图2所示，可以在导光板的下表面布置反射元件202。在一个或多个实施例中，可以通过粘合层203将反射元件202与导光板101粘合。
在具有反射元件的配置中，由于粘合层的折射率通常大于空气的折射率，光在导光板的下表面发生全反射的所需的临界角更大，因此光更容易从导光板的下表面射出，并被反射元件在光入射侧附近反射朝向导光板的出光面，在这种情况下，上述的从导光板出射的光的不均匀问题更加明显。因此，在具有反射元件的配置的实施例中，采用聚光元件对光源发出的发散光束的会聚来增大入射到导光板的下表面的入射角是非常有利的。
在一个或多个实施例中，聚光元件和导光板可以由相同的材料形成，在这种配置中，可以通过模制的方式将聚光元件和导光板一体成型，能够大大简化工艺。在一个或多个实施例中，聚光元件和导光板可以由玻璃材料制成。通过这种配置，由于玻璃材料具有较高的强度，由该材料制成的导光板可以具有较小的厚度，并且不需要专门的背板来支撑，因此可以减小背光模组的厚度。可以理解，在本公开的实施例中，聚光元件和导光板也可以由树脂材料形成，例如，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、MS(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物)、PC(聚碳酸酯)等。聚光元件和导光板也可以由不同材料形成，例如聚光元件由玻璃材料制成，而导光板由树脂材料制成。其他实施例也是可行的。
在一个或多个实施例中，聚光元件可以为聚光棱镜、聚光透镜或其组合。在一个实施例中，聚光元件可以为半球形凸透镜。在另一个实施例中，聚光元件可以为等腰三棱镜。可以理解，聚光元件的也可以具有能够会聚光线以增大入射到导光板的下表面的光的入射角的其他几何形状。
在一个或多个实施例中，光源可以为LED(发光二极管)，其具有110°至120°的发光角度。
在一个或多个实施例中，导光板和聚光元件具有1.45至1.60的折射率。
在一个或多个实施例中，可以将聚光元件设置在导光板的光入射侧的表面，并将光源设置在距离聚光元件0.1mm至0.3mm处。需要说明的是，光源到聚光元件的距离是指光源与聚光元件的最靠近光源的点之间的距离。
在一个或多个实施例中，粘合层具有大于1并且小于或等于1.35的折射率。
在一个或多个实施例中，聚光元件的几何参数可以基于导光板的折射率、聚光元件的折射率、环境气体(例如空气)的折射率、与导光板的下表面接触的介质(空气或粘合层)的折射率、以及光源的发光角度等参数来选择。
图3示出了在聚光元件为半球形凸透镜的情况下背光模组的各部件的几何参数的示意性表示。在图3示出的背光模组中，光源102设置在半球形凸透镜201的对称轴上，且半球形凸透镜201和导光板101具有相同的折射率(例如都由玻璃材料制成)。基于图3中部件间的几何关系以及折射定律可以得到等式(1)和(2)，基于等式(1)和(2)可以计算半球形凸透镜的最大半径：
d+r·(1-cosθ)＝r·sinθ/tan(α/2) (1)
n2sin(α/2+θ)＝n1sin(90°-arcsin(n3/n1)+θ) (2)
其中，d为光源与半球形凸透镜的最靠近光源的点之间的距离；
θ为在光源发出的光束的最边缘光线与半球形凸透镜的半球形表面的交点处半球形凸透镜的法线与半球形凸透镜的对称轴的夹角；
n1为导光板和半球形凸透镜的折射率；
n2为环境气体(空气)的折射率，其值通常为1；
n3为与导光板的出光面相对一侧(图3中导光板的下表面)接触的介质的折射率；
α为光源的发光角度。
在该实施例中，具有不大于根据以上等式(1)和(2)计算的半径的半球形凸透镜可以增大入射到导光板的下表面的光的入射角，以使光在导光板的下表面满足全反射条件。
示例地，在与导光板的下表面接触的介质为用于粘合反射元件的粘合层的情况下，假定光源的发光角度α为120°；光源与半球形凸透镜的最靠近光源的点之间的距离d为0.2mm；粘合层的折射率n3为1.35；导光板和半球形凸透镜的折射率n1为1.5；环境气体的折射率n2为1，那么根据式(1)和式(2)可以计算出半球形凸透镜的最小半径r等于1.81mm。
可以理解，以上式(1)和式(2)是在假定导光板和半球形凸透镜具有相同折射率的情况下得出的，当它们具有不同的折射率时，同样可以基于几何关系和折射定律来计算半球形凸透镜的最小半径。
图4示出了在聚光元件为等腰三棱镜的情况下背光模组的各组件的几何参数的示意性表示。在图4示出的背光模组中，光源102设置在等腰三棱镜201的对称轴上，且等腰三棱镜201和导光板101的折射率相同(例如都由玻璃材料制成)。基于图4所示的几何关系以及折射定律，可以通过以下等式计算等腰三棱镜的最小底角β：
n2sin(α/2+β)＝n1sin(90°-arcsin(n3/n1)+β) (3)
其中，n1为导光板和等腰三棱镜的折射率；
n2为环境气体的折射率；
n3为与导光板的出光面相对一侧(图4中导光板的下表面)接触的介质的折射率。
α为光源的发光角度。
在该实施例中，具有不大于根据以上等式(3)计算的底角的等腰三棱镜可以增大入射到导光板的下表面的光的入射角，以使光在导光板的下表面满足全反射条件。
在一个或对个实施例中，为了使得光源发出的光得到充分利用，提高光能利用率，可以基于导光板的厚度选择光源和聚光元件，其中，光源可以被选择为其发出的光束在导光板的光入射表面所在的平面上的光斑不大于导光板的厚度方向上的尺寸；将聚光元件在导光板的厚度方向上的尺寸设置为不小于光源发出的光束在导光板的光入射表面处的光斑在导光板的厚度方向上的尺寸。也就是说，聚光元件在导光板的厚度方向上的尺寸可以被设置使得光源发出的所有光都能够入射到聚光元件上，并透射通过聚光元件以进入导光板。
以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本申请，并且所有这些修改都包含在本申请的范围内。

Claims (17)

1.一种背光模组，其特征在于，包括：
导光板；
设置在邻近所述导光板的光入射侧的光源；以及
设置在所述导光板和所述光源之间的聚光元件，用于使从所述光源的入射到所述导光板的与所述导光板的出光面相对的表面上的光在所述表面处满足全反射条件。
2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述聚光元件设置在所述导光板的所述光入射侧的表面上。
3.根据权利要求2所述的背光模组，其特征在于，所述聚光元件和所述导光板由相同材料形成。
4.根据权利要求3所述的背光模组，其特征在于，所述聚光元件和所述导光板包括玻璃材料或树脂材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的背光模组，其特征在于，所述聚光元件包括聚光棱镜、聚光透镜或其组合。
6.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述聚光元件包括半球形凸透镜。
7.根据权利要求6所述的背光模组，其特征在于，所述半球形凸透镜的最大半径r根据以下等式计算：
d+r·(1-cosθ)＝r·sinθ/tan(α/2)
其中，所述光源设置在所述半球形凸透镜的对称轴上，且所述半球形凸透镜和所述导光板的折射率相同；
d为所述光源与所述半球形凸透镜的最靠近所述光源的点之间的距离；
θ为在所述光源发出的光的边缘光线与所述半球形凸透镜的半球形表面的交点处所述半球形凸透镜的法线与所述对称轴的夹角，其通过以下等式计算：
n2sin(α/2+θ)＝n1sin(90°-arcsin(n3/n1)+θ)；
其中，n1为所述导光板和所述半球形凸透镜的折射率；
n2为环境气体的折射率；
n3为与所述导光板的出光面相对一侧接触的介质的折射率；
α为所述光源的发光角度。
8.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述聚光元件包括等腰三棱镜。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述等腰三棱镜具有根据以下等式计算的最小底角β：
n2sin(α/2+β)＝n1sin(90°-arcsin(n3/n1)+β)
其中，所述光源设置在所述等腰三棱镜的对称轴上，且所述等腰三棱镜和所述导光板的折射率相同；
n1为所述导光板和所述等腰三棱镜的折射率；
n2为环境气体的折射率；
n3为与所述导光板的出光面相对一侧接触的介质的折射率；
α为所述光源的发光角度。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的背光模组，其特征在于，所述光源包括LED，其发光角度具有110°至120°的范围。
11.根据权利要求6至9中任一项所述的背光模组，其特征在于，所述导光板和所述聚光元件的折射率具有1.45至1.60的范围。
12.根据权利要求6至9中任一项所述的背光模组，其特征在于，所述光源与所述聚光元件之间的距离位于0.1mm至0.3mm之间。
13.根据权利要求1至4、6至9中任一项所述的背光模组，其特征在于，还包括设置在所述导光板的与所述导光板的出光面相对的表面上的反射元件和用于将所述反射元件粘合到所述导光板上的粘合层。
14.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，还包括设置在所述导光板的与所述导光板的出光面相对的表面上的反射元件和用于将所述反射元件粘合到所述导光板上的粘合层。
15.根据权利要求13所述的背光模组，其特征在于，所述粘合层的折射率具有大于1并且小于或等于1.35的范围。
16.根据权利要求14所述的背光模组，其特征在于，所述粘合层的折射率具有大于1并且小于或等于1.35的范围。
17.一种显示装置，其特征在于，包括根据权利要求1至16中任一项所述的背光模组以及显示面板。
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